西南交大机械学院工程材料第四章作业

1.为什么原子密度最大的晶面和晶向比原子密度较小的晶面和晶向更容易滑移?答：由于密排面之间、密排方向之间的间距最大，结合力最弱。因此滑移面为该晶体的密排面，滑移方向为该晶体的密排方向。2.体心立方（α-Fe）和面心立方的金属(Cu、Al)滑移系数目相同但面心立方金属的塑性变形能力更好？答：滑移方向对滑移所起的作用比滑移面大，所以面心立方晶格金属比体心立方晶格金属的塑性更好。3.为什么室温下钢的晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性也越好？答：金属的晶粒越细，晶界总面积越大，需要协调的具有不同位向的晶粒越多，其塑性变形的抗力便越大，表现出强度越高。另外金属晶粒越细，在外力作用下，有利于滑移和能参与滑移的晶粒数目也越多。由于一定的形变量会由更多的晶粒分散承担，不致造成局部的应力集中，从而推迟了裂纹的产生，即使发生的塑性变形量很大也不致断裂，表现出塑性提高。在强度和塑性同时提高的情况下，金属在断裂前要消耗较大量的功，因而其韧性也比较好。4.什么是滑移位错机制？为什么理论计算出的滑移系作整体刚性滑移所需的临界分切应力比实验测出的高许多？答：滑移位错机制：位错→滑移→塑性变形，自然过程的发生总是沿着阻力最小的方式进行。理论值比实测值高的原因：晶体的滑移是通过位错在滑移面上的动动来实现的，而勿需使晶体的两部分作整体相对移动，滑移的实现是借助于位错运动，所以刚性滑移模型计算出的临界切应力值＞＞实测值。5.简述多晶体塑性变形的特点。答：①多晶体中每个晶粒的变形基本方式与单晶体相同，但是由于多晶体材料中，各个晶粒位向不同，且存在许多晶界，因此变形要复杂的多；②多晶体中，由于晶界上原子排列不很规则，阻碍位错的运动，使变形抗力增大。金属晶粒越细，晶界越多，变形抗力越大，金属的强度就越大。③多晶体中每个晶粒位向不一致。一些晶粒的滑移面和滑移方向接近于最大切向力方向与最大切应力方向相差较大。在发生滑移的时候，软位向晶粒先开始。当位错在晶界受阻逐渐堆积时，其他晶粒发生滑移。因此多晶体变形时晶粒分批地变形，变形分散在材料各处。晶粒越细，金属的变形越分散，减小了应力集中，推迟裂纹的形成和发展，使金属在断裂之前可发生较大的塑性变形，因此使金属的塑性提高。④由于细晶粒金属的强度较高，塑性较好，所以断裂时需要消耗较大的功，因而韧性也较好，因此细晶强化是金属的一种很重要的强韧化手段。6.什么是加工硬化，产生加工硬化的原因是什么？它给金属的组织结构和性能带来哪些影响？如何消除不良的影响？答：加工硬化：金属发生塑性变形，随变形度的增大，金属的强度和硬度显著提高，塑性和韧性明显下降。这种现象称为加工硬化。产生加工硬化的原因：金属发生塑性变形时，位错密度增加，位错间的交互作用增加，相互缠结，造成位错运动阻力的增大，引起塑性变形抗力提高。另一方面由于亚晶界的增多，使强度得以提高。影响：①一种重要的强化手段，对不能用热处理方法强化的合金尤其重要；②冷加工成形得以顺利进行；③金属具有较好的变形强化能力，具有防止短时超载断裂能力，保证构件安全性；④降低了塑性，提高切削性能；消除方法：其不良影响主要体现在使塑性变形困难，可采用中间退火来消除。7.什么叫金属的热加工？请简述其对金属组织和性能的影响。答：热加工：在金属的再结晶温度以上的塑性变形加工称为热加工。影响：①热加工能使铸态金属中的气孔、疏松、微裂纹焊合，提高金属的致密度；减轻甚至消除树枝晶偏析和改善夹杂物、第二相的分布等；明显提高金属的机械性能，特别是韧性和塑性。②热加工能打碎铸态金属中的粗大树枝晶和柱状晶，并通过再结晶获得等轴细晶粒，而使金属的机械性能能全面提高。但这与热加工的变形量和加工终了温度关系很大，一般来说变形量应大一些，加工终了温度不能太高；③热加工能使金属中残存的枝晶偏析、可变形夹杂物和第二相沿金属流动方向被拉长，形成显微组织，使金属的机械性能特别是塑性和韧性具有明显的方向性，纵向上的性能显著大于横向上的，因此热加工时应力求工件流线分布合理。可保证曲轴工作时所受的最大拉应力与流线一致，而外加剪切应力或冲击力与流线垂直，使曲轴不易断裂。8.室温下对铅板进行弯折，愈弯愈硬，而停留一段时间再弯折，又可以和原来那样柔软，这是为什么？答：由于铅的再结晶温度小于25摄氏度，在室温下即可发生再结晶，当再结晶发生时：原子扩散能力增大，被拉长或压扁、破碎的晶粒通过重新生核、长大变成新的均匀、细小的等轴晶，变形金属进行再结晶后，金属的强度和硬度明显降低，而塑性和韧性大大提高，此时内应力全部消失，物理、化学性能基本恢复到变形以前的水平。因此，铅板在停留一段时间后再弯折，又可以和原来那样柔软。9.没有经过冷速变形的金属，在向其加热时是否能发生回复和再结晶，为什么？答：能够发生；原因：加热温度超过再结晶温度的时候，金属材料发生塑性变形后，随即发生回复、再结晶过程。此时的回复、再结晶过程是动态的。10.请画出C=2.11%的铁碳合金平衡冷却曲线，并求出在室温下的相相对量和组织相对量。11.铁碳合金中基本组织是哪些？并指出哪个是单相组织、哪个是双相混合组织。答：基本组织：铁素体（F）；奥氏体（A）；渗碳体（Fe3C）；珠光体（P)；莱氏体（Ld）。单相组织：铁素体、奥氏体、渗碳体；双相混合组织：珠光体、莱氏体。12.二块钢样，退火后经显微组织分析，其组织组成物的相对含量如下：第一块：珠光体占40%，铁素体60%。第二块：珠光体占95%，二次渗碳体占5%。试问它们的含碳量约为多少？（铁素体含碳量可思略不计）